De la penele de pasăre la pielițele de fructe, lumea naturală are două modalități principale de a afișa culoarea: prin substanțe pigmentare care asigură absorbția selectivă a culorii sau prin culoare structurală – utilizarea structurilor microscopice pentru a controla reflecția luminii.
Acum, oamenii de știință au conceput un model computerizat care explică de ce cele mai strălucitoare culori structurale mate din natură sunt aproape întotdeauna albastru și verde: pentru că acestea sunt limitele culorii structurale în spectrul vizibil al luminii.
Pe lângă faptul că ne oferă o mai bună înțelegere a modului în care cele mai strălucitoare albastru și verde sunt create în lumea naturală, cercetarea ar putea fi, de asemenea, importantă pentru dezvoltarea de vopsele și acoperiri vibrante, ecologice, care nu se estompează în timp și nu eliberează substanțe chimice toxice.
„Pe lângă intensitatea și rezistența lor la decolorare, o vopsea mată care folosește culoarea structurală ar fi, de asemenea, mult mai ecologică, deoarece nu ar mai fi nevoie de coloranți și pigmenți toxici”, spune fizicianul Gianni Jacucci de la Universitatea Cambridge din Marea Britanie.
„Cu toate acestea, trebuie mai întâi să înțelegem care sunt limitările pentru recrearea acestor tipuri de culori înainte ca orice aplicații comerciale să fie posibile.”
În cazul culorilor structurale, structura nanometrică de pe suprafață este cea care dictează culoarea propriu-zisă.
Câteodată – ca la penele de păun, de exemplu – acea culoare poate fi irizată și poate trece de la o nuanță la alta în diferite unghiuri și sub diferite lumini. Acestea sunt produse de structuri cristaline ordonate.
Cu alte structuri, se obține o culoare mată care nu se schimbă apărând din structuri dezordonate; în natură, acest lucru a fost observat doar în producerea de nuanțe de albastru și verde. Scopul noului studiu a fost de a vedea dacă aceasta este o limitare inerentă a structurilor menționate.
Noul model computerizat, bazat pe materiale artificiale numite ochelari fotonici, arată că roșul este într-adevăr în afara domeniului de aplicare a tehnicilor de împrăștiere care stau la baza culorilor structurale mate: regiunea de lungime de undă lungă a spectrului vizibil nu poate fi reflectată cu ușurință cu ajutorul tehnicilor acestor structuri de suprafață microscopice.
„Din cauza interacțiunii complexe dintre împrăștierea unică și împrăștierea multiplă, precum și a contribuțiilor din împrăștierea corelată, am constatat că, pe lângă roșu, galbenul și portocaliul pot fi cu greu atinse”, spune chimistul Silvia Vignolini, de la Universitatea din Cambridge.
Acesta trebuie să fie motivul pentru care se produc roșii mate strălucitoare folosind pigmenți în natură, mai degrabă decât culori structurale. Echipa crede că evoluția în natură a dus la diferite moduri de a produce culori roșii, din cauza limitelor structurilor subiacente.
Cunoscând mai multe despre modul în care sunt create aceste culori structurale mate, ne vom apropia mai mult de producerea de vopsele fără pigmenți și coloranți – un pas înainte semnificativ în ceea ce privește materialele de lungă durată, ecologice pentru multe aplicații.
Aceasta este încă departe, totuși, și se pare că va fi nevoie de o abordare diferită pentru roșu și portocaliu – alte tipuri de nanostructuri ar putea fi capabile să facă treaba, după ce se vor face cercetări mai amănunțite asupra lor, dar deocamdată oamenii de știință din domeniul materialelor se confruntă cu aceleași probleme ca și lumea naturală.
„Când am încercat să recreăm în mod artificial culoarea structurală mată pentru roșu sau portocaliu, am ajuns la un rezultat de proastă calitate, atât în ceea ce privește saturația, cât și puritatea culorii”, spune chimistul Lukas Schertel, de la Universitatea din Cambridge.
Cercetarea a fost publicată în PNAS.